Einfluss der Einbettung von FBGs in strukturelle CFK-Filmklebstoffklebungen auf die Eigenschaften von Klebung und Sensor

Abstract

Diese Arbeit erforscht die Auswirkungen der Einbettung von faseroptischen Sensoren (im Speziellen Faser Bragg Gitter Sensoren (FBG)) in die Klebschicht von strukturellen Filmklebstoffklebungen. Dabei wird die Eignung verschiedener Glasfasertypen für ein Strukturüberwachungssystem in strukturellen Filmklebstoffklebungen mit Fügeteilen aus kohlenstofffaserverstärken Kunststoff (CFK) untersucht und verglichen. Es werden optische Glasfasern mit unterschiedlichen Durchmessern (50 μm, 80 μm und 125 μm) und unterschiedlichen Beschichtungstypen (Polyimid und Acrylat) getestet. Bei den Filmklebstoffen handelt es sich um epoxidbasierte strukturelle Konstruktions- und Reparaturklebfilme mit integriertem Trägergewebe, die in der Luftfahrtindustrie u.a. zum Fügen von CFK-Bauteilen verwendet werden. Der erste Teil der Arbeit fokussiert auf die mechanischen Eigenschaften der Klebung. Es wird der Einfluss der Sensorfasereinbettung auf die Eigenschaften und insbesondere die Festigkeit der Filmklebstoffklebung durch visuelle, fotomikrografische und mechanische Untersuchungen charakterisiert und quantifiziert. Acrylatbeschichtete Glasfasern mit Durchmessern von 80 μm und 125 μm, sowie polyimidbeschichtete Glasfasern mit einem Durchmesser von 125 μm erweisen sich als ungeeignet, da ihre Einbettung eine starke Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Klebung bewirkt. Die polyimidbeschichteten Glasfasern mit einem Durchmesser von 50 μm und 80 μm zeigen einen geringen bis nicht messbaren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Klebung. Der zweite Teil der Arbeit fokussiert auf die Beeinflussung der Eigenschaften und Funktion des faseroptischen Sensors durch die Einbettung in die Klebung. Im dritten Teil der Arbeit wird die Eignung von FBGs als eingebettetes Sensorelement für die Messung von Steifigkeitsverlusten in strukturellen Filmklebstoffklebungen anhand von sensorierten Dauerschwingversuchen gezeigt.